无人机发展和系统组成概述

无人机发展和系统组成第1章绪论“我热爱飞行，它能把我从琐事重压中解放出来。”——安东尼·德·圣－德埃克苏佩里无人机发展和系统组成概述第1页1.1无人机定义无人机发展和系统组成概述第2页无人驾驶飞机是指由动力驱动、不搭载操作人员一个空中飞行器。它依靠空气动力为飞行器提供升力，能够自主或遥控飞行，能携带各种任务设备、执行各种任务，可一次性或屡次重复使用无人驾驶航空器，简称无人机（UnmannedAerialVehicle，UAV）。因为无人机在完成对应任务时需要与任务载荷、测控与信息传输系统、起飞（发射）与回收系统、地面保障系统等配合工作，所以，无人机与以上各类装置和设备组成完整系统称为无人机系统。无人机系统可由单个无人机组成，也可由多个同型无人机或多型多个无人机共同组成。当前，在临近空间（20~100千米空域）飞行飞行器，比如，平流层飞艇、高空气球和太阳能无人机等也被列为无人机范围。从广义角度来看，无人机能够在无人驾驶条件下完成各种复杂空中飞行任务和各种负载任务，所以，无人机也能够被看作是“空中机器人”。无人机发展和系统组成概述第3页1.2无人机分类无人机发展和系统组成概述第4页无人机应用领域非常广泛，无人机尺寸、重量、性能及任务等方面差异也都非常大。因为无人机多样性，所以，从不一样考量角度，无人机有各种分类方法。无人机发展和系统组成概述第5页1.2.1按用途分类无人机按用途分类，可分为军用无人机与民用无人机两大类。无人机发展和系统组成概述第6页1.军用无人机依据不一样军事用途和作战任务，军用无人机可分为无人侦察机/监视机、无人战斗机、通信中继无人机、电子干扰无人机和靶机等类型。无人机发展和系统组成概述第7页（1）无人侦察机/监视机：无人侦察机/监视机是指借助机上电子侦查设备，以获取目标信息为目标无人机。它们通常采取设备有：光学摄影机、微光（红外）摄像机、电视摄像机、红外线行扫描仪、前视红外装置、热成像仪、CCD成像系统、激光指示器、激光测距仪和自动跟踪器、合成孔径雷达等。图所表示为可用于实时监视、电子侦察和干扰、海上巡查等任务以色列“苍鹭”无人机，它可携带光电/红外雷达等侦察设备进行搜索、监测和识别。无人机发展和系统组成概述第8页无人战斗机：是指可携带小型和大威力准确制导武器、激光武器或反辐射导弹，执行空战或对地攻击任务无人机。如图所表示是美国MQ-9“死神”无人战斗机，MQ-9“死神”无人机是一个极具杀伤力新型无人作战飞机。除了攻击外，它还能够执行情报、监视和侦察等任务。无人机发展和系统组成概述第9页（3）通信中继无人机：作为空中中继平台，通信中继无人机可增加信息传输距离，即利用无人机向其它军用机或陆、海军飞机传送图像等信号，这些无人机普通都安装了超高频或甚高频无线电通信设备。如图所表示是可用于空中指挥和通信中继任务无人飞艇。无人机发展和系统组成概述第10页（4）电子干扰无人机：电子干扰是指利用有源或无源电子干扰设备，经过辐射电磁波或释放铝箔条和金属干扰丝，破坏敌方通信系统，干扰敌方电子设备，使其效能低下，甚至完全失效。当前，很多无人电子干扰机采取是无源干扰方式，其基本干扰设备包含铝箔条投放器、曳光弹投放器和雷达回波增强设备等。无人机发展和系统组成概述第11页电子诱饵/坑骗无人机也是一个无源坑骗性干扰无人机。经过飞机上携带干扰设备来增强地面雷达反射回波，模拟真实目标，并经过飞机速度和外形等方面来模拟战斗机或轰炸机运动姿态，诱使敌方雷达或地面防空武器开机或开火，从而暴露地面雷达或地面防空武器位置，消耗地方火力，然后再经过其它武器装备对敌方雷达或地面防空武器进行准确打击。图1-5所表示是美国空军为F-16和B-52装备微型诱饵无人机MALD-J，MALD-J诱饵无人机是一个飞航式空中发射诱饵，能在敌方雷达上敌方军机雷达和飞行特征，消耗对方防空力量。无人机发展和系统组成概述第12页反辐射无人机是一个成本低、尺寸小（通常在2~3米范围内）、质量轻（多数小于150千克）一次性使用电子干扰无人机。这种飞机上普通装有电子干扰设备、辐射探测器和战斗部。通常以100~300km/h巡航速度飞到敌方雷达区域上空，进行长时间盘旋，探测雷达信号，并进行骚扰。一旦雷达开机，无人机就能马上辨识并感应敌方雷达信号，并在此信号导引下向敌方雷达俯冲，摧毁敌方雷达。这种反辐射无人机使敌方雷达不敢开机，给有些人攻击机创造了攻击机会，是当代电子战中一个主要武器。如图1-6所表示以色列“哈比”（Harpy）无人机就是一个反辐射无人机。无人机发展和系统组成概述第13页军用无人机还有其它分类方式，假如按无人机杀伤性质分类可分为非杀伤、软杀伤和硬杀伤几大类，如图1-8所表示。前面所述靶机属于非杀伤类无人机，诱饵无人机属于软杀伤类无人机，而发辐射无人机则属于硬杀伤类无人机。无人机发展和系统组成概述第14页2.民用无人机在民用领域方面，因为无人机含有成本相对较低、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便等优势，所以得到了广泛应用。其主要应用市场包含：航空拍摄、航空摄影、地质地貌测绘、森林防火、地震调查、核辐射探测、边境巡查、应抢救灾、农作物估产、农田信息监测、管道巡查、高压输电线路巡查、野生动物保护、科研试验、海事侦察、鱼情监控、环境监测、大气取样、增雨、资源勘探、禁毒、反恐、警用侦查巡查、治安监控、消防侦查、通信中继、城市规划、数字化城市建设等多个领域。表1-1所表示为民用无人机分类划分。无人机发展和系统组成概述第15页无人机发展和系统组成概述第16页1.2.2按飞行平台构型分类无人机按飞行平台构型分类能够分为：固定翼无人机、无人直升机、多旋翼无人机

、无人飞艇和伞翼无人机等，图中所表示为最常见无人机飞行平台。无人机发展和系统组成概述第17页1.2.3按大小分类按照无人机重量及外形尺寸大小，无人机能够分为微型无人机、小型无人机、中型无人机和大型无人机几大类。大型无人机重量普通大于500～800kg；中型无人机重量普通在200～500kg内；轻型无人机重量普通在100～200kg；小型无人机重量普通在1～100kg以内；微型无人机重量普通小于1kg。表1-2所表示为按大小分类无人机重量和尺寸数据对比。无人机发展和系统组成概述第18页分

类说

明大型（重型）无人机通常是指飞机重量大于800kg（或500kg），翼展在十几米以上无人机。中型无人机通常是指飞机重量大约在200kg~800kg（或500kg），翼展大约在10m以内无人机。轻型无人机通常是指飞机重量大约在100~200kg，或只有几十千克重无人机。小型无人机通常是指飞机重量大约是几十千克无人机。微型无人机通常是指飞机重量在几十克至几百克，单一最大外形尺寸在15厘米左右或更小无人机。无人机发展和系统组成概述第19页1.2.4按飞行性能分类1.按速度分类

无人机按速度分类

可分为：低速无人机、亚声速无人机、跨声速无人机、超声速无人机和高超声速无人机。低速无人机速度普通小于0.4Ma（Ma为马赫数），亚声速无人机速度普通在0.4～0.85Ma，跨声速无人机速度普通在0.85～1.3Ma，超声速无人机速度普通在1.3～5Ma，高超声速无人机速度普通大于5Ma。

图1-10所表示为超声速和高超声速无人机外形对比。无人机发展和系统组成概述第20页2.按航程分类无人机按航程（或活动半径）分类可分为：超近程无人机、近程无人机、短程无人机、中程无人机和远程无人机。超近程无人机活动半径在5～15km之间，近程无人机活动半径在15～50km之间，短程无人机活动半径在50～200km之间，中程无人机活动半径在200～800km之间，远程无人机活动半径大于800km。图1-11所表示为洛克希德马丁企业研制RQ-3“暗星”（DarkStar）远程无人侦察机，其作战半径达900多千米。无人机发展和系统组成概述第21页3.按实用升限分类无人机按实用升限分类可分为：超低空无人机、低空无人机、中空无人机、高空无人机和超高空无人机。超低空无人机实用升限普通在0～100m之间，低空无人机实用升限普通在100～1000m之间，中空无人机实用升限普通在1000～7000m之间，高空无人机实用升限普通在7000～0m之间，超高空无人机实用升限普通大于0m。图1-12所表示为中国“彩虹-3A”察打一体化中空无人机，作战半径为200千米。无人机发展和系统组成概述第22页1.3无人机发展从19创造第一架无人机开始，到今天无人侦察机、无人战斗机等军用无人机，以及在航空拍摄、地质地貌测绘、森林防火等方面广泛使用民用无人机，无人机发展已经历了近百年历史。无人机因其含有没有人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便、成本低等优点逐步受到世界各国重视，而且在很多领域正逐步替换有些人飞行器，负担越来越多飞行任务。无人机发展，大致经历了以下几个阶段：20世纪20~60年代，无人机主要作为靶机使用，是无人机发展起步阶段；60~80年代，无人侦察机及电子战类无人机在战场上崭露头角，无人机开始进入实用阶段；从90年代起，无人机在当代高技术局部战争中得到了全方面应用，无人机在民用领域也得到了迅猛发展，无人机正处于一个快速崛起和蓬勃发展阶段。无人机发展和系统组成概述第23页1.3.1起步阶段无人机发展历史最早能够追溯到19，当初英国皇家航空研究院初步将空气动力学、轻型发动机和无线电三者结合起来，研制出世界上第一架无人驾驶飞机。同年12月，美国创造家埃尔默·斯佩里（ElmerSperry）使用他自己创造陀螺仪和美国西部电气企业开发无线电控制系统，成功地完成了为美国海军研制“航空鱼雷”首飞。受这次成功试飞鼓舞，美国陆军航空队也采纳了查尔斯·凯特林（CharlesKettering）方案，研制出了“自由鹰”式“航空鱼雷”飞机，无人机发展和系统组成概述第24页两次世界大战期间，军用无人机技术主要表达在导弹和无人靶机两个方面。19，法国第一架无线电遥控飞机试飞成功；19英国研制成功世界上第一架能够实用无人靶机，该靶机可在近2千米高度以160Km/h速度飞行。1931年9月，英国费尔雷企业将一架“女王”有些人驾驶双翼飞机改装成“费利王后”（FaireyQueen）靶机进行了9分钟有控飞行。1932年，英国Home舰队将“费利王后”携往地中海作试验，检验Home舰队防空火力效能及靶机飞行性能。当初“费利王后”冲着Home舰队密集防空火力飞行了2小时而未被击中，这不但说明了当初海军防空武器低效，同时也充分证实了靶机实用价值。1933年英国又研制出了有名“蜂后”（QueenBee）靶机，随即投入批量生产。这种靶机在1934~1943年共生产了420架，它们使用一直连续到第二次世界大战之后。如图1-14所表示为正在遥控“蜂后”靶机英军士兵。无人机发展和系统组成概述第25页可说是这个时期靶机发展经典代表。当初美国为了训练战斗机飞行员和防空导弹操作手，着手研制一些可模仿当初战斗机、轰炸机性能靶机，美国瑞安航天企业（RyanAeronauticalCompany）在1948年赢得美国空军合约，开始研制一个高亚声速、喷气推进靶机，这就是以后久负盛名“火蜂”靶机。因为设计成功，1953年开始成批生产，很快便有1280架早期“火蜂”Q-2A与KDA型在美国三军和加拿大皇家空军服役。截止到1984年，共有近6500架“火蜂”系列靶机投入使用。如图1-15所表示为美国“火蜂”靶机。无人机发展和系统组成概述第26页在这个阶段，除美国外，法国、意大利、澳大利亚、加拿大、以色列、日本和德国等国也相继研制出各种靶机。所以，在很长一段时间内，靶机基本上就是无人机一个代名词。无人靶机发展也带动了遥控遥测技术、飞行控制与导引技术、小型发动机技术、发射与回收技术以及无人机专用设备等无人机关键技术发展。在靶机发展过程中，无人机技术先后突破了低速、高亚声速和超声速速度飞行界限，同时也突破了超低空、低空、中高空和高空空域飞行界限，为无人机今后全方面发展奠定了基础。无人机发展和系统组成概述第27页1.3.2实用阶段1960年冷战期间，美国曾屡次派U-2有些人驾驶侦察飞机前往前苏联侦察导弹基地。1960年5月，美国中央情报局所属一架U-2高空侦察机在前苏联领空被SA-2防空导弹击落，正是因为这一事件使得美国决定研制无人侦察机。美国空军很快开启了“专用飞行器”（SPA）计划，这个计划是在“火蜂”无人靶机基础上发展无人侦察机计划。1960年夏，瑞安企业开始尝试将“火蜂”改型为一个含有低雷达可探测性、航程更远、操纵性更加好无人侦察机—147A，以后又很快改进完成了航程更远147B型；随即又依据前苏联防空导弹特点研制成功了有名147D“萤火虫”无人侦察机。该机装有可搜集SA-2地空导弹制导系统信号特征电子情报模块，可经过引诱SA-2地空导弹雷达开机截获其信号特征，并将其转发到ERB-47电子战飞机上。无人机发展和系统组成概述第28页美国无人机发展史无人机发展和系统组成概述第29页因为来自前苏联先进防空导弹威胁深入加大，为了替换速度较慢U-2飞机，1962年10月，中情局要求洛克希德企业开发一个新型无人侦察机D-21，这种无人机能够由母机A-12携带投放。D-21无人机安装在A-12侦察机背部支架上，如图1-17所表示。该机可到达3马赫飞行速度，航程达3450英里。与其它无人机不一样是，D-21并不具备回收能力，只能在完成任务后弹射出一个摄影舱并从海上回收。无人机发展和系统组成概述第30页1966年3月，D-21无人侦察机及其母机首次进行了飞行试验。在同年7月进行试验中，因子机未能正常脱离母机致使二者一起坠毁，即使母机驾驶员弹射逃生成功，但发射子机操作员不幸丧生。美国人意识到这种发射投放方式太过危险，于是改用体积庞大B-52H战略轰炸机作为经改进D-21B无人机母机，而且连接支架也改在了机翼下方，如图所表示。无人机发展和系统组成概述第31页越南战场是军用无人机发展史上第一次大规模实战应用。越战早期，美军先后损失战机2500余架，死伤飞行员5000余名。为了减小损失，美军决定使用无人机进行侦查。在美国越南战争期间，美军使用“火蜂”系列无人高空侦察机多达3435架次，执行了高空和超低空摄影侦察、电子窃听、干扰越南无线电台通信、在空中走廊抛撒金属箔条为轰炸机护航等任务，其中2873架次安全返回，战损率仅为16％。“火蜂”侦察机在越南战场出众表现，使人们认识到了无人机新价值，也使无人机首次作为作战装备应用于实战，开辟了无人机应用和发展新阶段。无人机发展和系统组成概述第32页中东战争期间，叙利亚、埃及和黎巴嫩利用“萨姆”-6防空导弹构筑了一个严密防空火力网，高度从几十米低空到上万米高空，使得以色列飞机一旦进入，就基本无生还可能。为了突破对手防空网，以色列空军对于美军在越战期间经验和教训进行了认真研究，决定开始研制自己新型无人机。他们把从美国引进“石鸡”喷气式无人靶机和“壮士”无人靶机改装成能够模拟喷气式战斗机进行电子坑骗无人机，又先后研制了“侦察兵”和“猛犬”两种无人侦察机用于搜集雷达信号和进行光电复合侦察，这两种无人侦察机均可在前线上空灵活布署，并含有全天候工作能力。这些无人机为以色列夺取战争胜利奠定了基础。图中所表示为以色列“猛犬”无人侦察机。无人机发展和系统组成概述第33页1982年黎以冲突中，“侦察兵”和“猛犬”更是一同上阵。在与黎巴嫩作战中，位于贝卡谷地叙利亚“萨姆”防空导弹阵地组成了对以色列空军作战行动最大威胁。经过使用无人侦察机，以色列空军准确锁定了上述导弹阵地位置。随即，以色列向叙利亚防空导弹阵地投放了“萨姆森”无人机诱饵，诱使叙利亚防空导弹雷达一开机就遭到了以色列反雷达导弹打击。这么，叙利亚防空导弹部队就得被迫缩短雷达开机时间，从而为以色列空军提供了更大作战空间和机会，在其它侦察/监视无人机帮助下，以色列取得了战争全方面顺利。这场战争不但充分显示了无人机诱饵巨大价值，同时也表达出了实时战场监控现实作用。这种相对而言成本低廉空中侦察伎俩也逐步成为风靡全球防务发展趋势，以色列更是从出口这类军用无人机中获益匪浅。今后，巴基斯坦、印度、新加坡、伊拉克以及伊朗等国都开展了无人侦察机研制，并取得了很大进展。无人机发展和系统组成概述第34页1.3.3蓬勃发展阶段无人机发展和系统组成概述第35页在中东贝卡谷地战役中，以色列使用无人机进行侦察、干扰、坑骗、诱敌及电子支援等任务非常有效，不但大大降低了人员损失风险，而且作战成本也比有些人驾驶飞机低得多。所以，20世纪80年代以来，无人机军事价值逐步被各国军方重视起来。20世纪90年代以后几场高技术局部战争，又给无人机提供了更辽阔展示其作战才能舞台，在战争作战需求牵引下，无人机进入了快速崛起与迅猛发展阶段。在1991年海湾战争中，美、英、法、加拿大和以色列等国无人机纷纷亮相战场，参战无人机有200多架，无人机已成为

战争中“不可或缺”战场能力。其中美军总共有6个“先锋”无人机连参战，分别布置在近海岸、海军舰艇和海军陆战队，执行了522架次飞行任务，累计飞行时间达1638小时，为多国部队了解战场态势及评定空袭效果提供了主要依据，对干扰、压制伊拉克防空体系和通信系统发挥了主要作用。。无人机发展和系统组成概述第36页布置在海军舰艇美国“先锋”无人机无人机发展和系统组成概述第37页在1999年科索沃战争中，美国及北约盟军首先使用无人机充当开路先锋发动进攻，参战飞机包含“捕食者”、“猎人”、“先锋”、“红隼”、“不死鸟”、CL-289和“米拉奇”-26等7种型号共300多架飞机，用于中低空侦察、战场监视、电子反抗、战况评定、目标定位、搜集气象资料和营救飞行员等任务。这是历次战争中使用无人机架次最多一次，也是发挥作用最大一次。图为在屡次中东战争中表现出众以色列“猎人”无人机。无人机发展和系统组成概述第38页年阿富汗反恐战争中，无人机更是大显身手。战争开始后，美国为了加强对塔利班和“基地”组织行动了解，派出了“全球鹰”和“捕食者”无人机进行全天候侦察，并经过卫星链路及时将侦察图像传回位于美国本土指挥中心。为了能使无人机对地面目标直接实施打击，美国首次在“捕食者”无人机上挂载了2枚“海尔法”导弹。也正是这2枚导弹，谱写了无人机作战辉煌一页。无人机发展和系统组成概述第39页年11月15日，“捕食者”无人机侦察到一个车队趁着夜幕开进了一个小镇，车上人员全部进入了一座楼房。经过指挥中心对侦察图像分析，这可能是基地组织正在召开一次主要会议。随即，指挥中心控制“捕食者”无人机将其携带2枚“海尔法”导弹准确地投向了大楼和停车场，楼房和停车场顿时变成一片火海，其内人员全部毙命。以后查明，被击毙正是“基地”组织二号人物穆罕默德·阿提夫及其随行人员。“捕食者”无人机这一击，创造了无人机发展史上又一个里程碑事件，也意味着无人机开始具备了低空探测和直接攻击地面目标能力，是军用无人机技术和功效一个主要转折。图1-22所表示为正在加挂“海尔法”导弹“捕食者”A型无人机。无人机发展和系统组成概述第40页年伊拉克战争中，美军使用了10种以上无人机支援作战行动，其数量是阿富汗战争3倍多，这些无人机主要包含陆军“猎犬”、“指针”和“影子200”无人机，海军陆战队“龙眼”和“先锋”无人机，空军“全球鹰”和“捕食者”无人机。“全球鹰”在巴格达上空执行了数次作战任务，共搜集图像3700多幅，“捕食者”也摧毁了包含防空导弹连、导弹发射装置、伊拉克电视台雷达和卫星设施等多个地面目标。这些无人机在对伊作战中发挥了极大作用，这标志着当代战争开始进入了无人化作战阶段。无人机发展和系统组成概述第41页图为美国陆军“影子200”无人机，一位美陆军地面机动计划无人机主管在一份AAI企业申明中说，对战地指挥员来说，“影子”系统是“关乎生死存亡工具”。无人机发展和系统组成概述第42页1.3.4最新发展在军事领域，无人作战飞机和空天无人机快速发展，使无人机逐步成为军事装备体系中关键力量和维护国家安全战略制高点。年2月，美国海军无人作战飞机X-47B在加利福尼亚爱德华兹空军基地成功实现首飞。207月，X-47B成功在“乔治·布什”号航空母舰上实现拦阻着陆，标志着美国海军已经掌握了无人机在航空母舰上起飞降落关键技术。无人机发展和系统组成概述第43页年3月至5月，美国先后试验试飞了HTV-2“猎鹰”高超声速无人机和X-37B空天无人机。205月20日，在美国卡纳维尔角空军基地，美国空军使用阿特拉斯-V型火箭将X-37B再次送入太空，执行第四次在轨飞行任务。在此之前2012月至2010月第三次飞行试验中，X-37B共计在轨飞行了671天，这标志着无人机开始向更高、更远、更加快空天领域发展。如图所表示为X-37B空天无人机。无人机发展和系统组成概述第44页自20世纪90年代起，许多国家将无人机发展置于主要地位，投入逐年增加。当前全球共有57个国家研制和发展无人机，研制和发展无人机系统近千种，其中已成为无人机产品近400种。美国占据了无人机发展制高点，以色列起步较早，在战术无人机、长航时无人机方面含有特色和优势，俄罗斯一直没有放松先进技术开发应用研究，欧洲和亚洲各国也加紧了无人机发展步伐，无人机系统发展已在世界范围内掀起了一轮新高潮。无人机发展和系统组成概述第45页在民用领域，无人机也越来越多地利用在各行各业中。农用无人机利用搭载高精度摄像机，实现对农作物生长及周围土壤水分等环境实时监测，并据此播种、浇水、施肥、喷洒农药等。经过无人机航测航探，发觉矿藏和其它资源，并随时监测当地地质情况，指导矿产资源开发。在日常使用中，无人机能够对公路、铁路、高压电线和油气管路等主要公共设施进行巡查，降低事故发生。无人机在民用领域多行业应用，推进了社会进步，并逐步成为促进社会经济发展主要增加点。无人机发展和系统组成概述第46页1.4无人机发展趋势无人机发展和系统组成概述第47页伴随无人机系统发展，无人机从无人航空器扩展到临近空间无人飞行器，进而又扩展到太空无人飞行器；无人机系统任务从单一侦察监视扩展到信息反抗、通信中继等方面，当前又深入扩展到准确打击、制空作战等领域；无人机系统技术也深入向自主控制、高生存力、高可靠性、互通互联等方向发展。就当前无人机